I этап очистки воды открытого водоисточника – это осветление и обесцвечивание

Осветление воды – удаление взвешенных веществ. Обесцвечивание воды – устранение окрашенных коллоидов или истинно растворенных веществ.

В природе это достигается путем длительного отстаивания, но естественный отстой протекает медленно и эффективность обесцвечивания при этом невелика. Поэтому на водопроводных станциях часто применяют химическую обработку коагулянтами, ускоряющую осаждение взвешенных частиц. Процесс обесцвечивания, как правило, завершают фильтрованием воды через слой зернистого материала, например, песок или измельченный антрацит. Применяют два вида фильтрования – медленное и скорое.

Медленное фильтрование воды проводят через специальные фильтры, представляющие собой бетонный резервуар, на дне которого устраивают дренаж из железобетонных плиток или дренажных труб с отверстиями. Через дренаж профильтрованная вода отводится из фильтра

Предварительно необходимо удалить из воды фито- и зоопланктон, которые способны разрастаться на очистных сооружениях, затруднять их работу. Для этого применяются микрофильтры и барабанные сита. Эти сооружения применяют при продолжительности цветения водоема не менее 1 мес и среднемесячном содержании планктона свыше 1000 клеток в 1 см³ воды. 1Основная часть микрофильтров и барабанных сит (рис.) – многогранный барабан с фильтрующими элементами – прямоугольными рамами, на которые междудвумя поддерживающими сетками натянута фильтрующая сетка с ячейками 0,04x0,04 мм для микрофильтров и 0,5x0,5 мм для барабанных сеток. Обрабатываемая вода подается внутрь барабана и, фильтруясь через сетку, поступает в камеру микрофильтра, а оттуда- в трубопровод, подающий воду на другие сооружения. Барабан погружен не полностью в камеру и постоянно вращается. На сетки, находящиеся в верхнем положении, поступает промывная вода, которая, смывая задержанные загрязнения, через воронки отводится в канализацию.

 

 

Рис.. Микрофильтр (схема).

в_разрез no A-A; 1, 10 —соответственно каналы отвода и подачи; 2 —сточная Труба; 3 —воронка для сбора промывной воды; 4 —защитный кожух; 5 —коллектор промывной воды; 6—барабан; 7—водослив; *—пластинчатые разбрызгиватели; 9— -входная труба; 11 — камера микрофильтра; 12 —фильтрующие элементы.

 

Микрофильтры снижают содержание взвеси на 30-40%, практически полностью задерживают зоопланктон и на 60-90% - фитопланктон. Применение микрофильтров позволяет намного улучшить работу последующих сооружений.

Известными методами осветления воды, механическим отстаиванием и фильтрацией, удается задержать взвешенные частицы размером более 0,1 мкм. Для удаления из воды коллоидов необходимо предварительное разрушение их структуры и коагулирование.

Коагуляция – это процесс укрупнения, агрегации коллоидных и тонкодиспергированных примесей воды, происходящий вследствие их взаимного слипания под действием сил молекулярного притяжения. Коагуляция завершается образованием видимых невооруженным глазом агрегатов – хлопьев. Различают 2 вида коагуляции: коагуляцию в свободном объеме, происходящую в камерах хлопьеобразования, и контактную коагуляцию, протекающую в толще зернистой загрузки или в массе взвешенного осадка. Коагуляция примесей воды позволяет интенсифицировать процессы осветления и обесцвечивания. Коагуляция только подготавливает воду для осветления и обесцвечивания, и в этом смысле не является самостоятельным процессом. В схеме обработки воды коагуляция может отсутствовать. Сооружения для осветления и обесцвечивания воды, в которых используется метод контактной коагуляции, называется контактный осветитель.

Коагуляцию осуществляют с применением химических реагентов – коагулянтов (коагуляторов), в качестве которых применяют соли алюминия и железа. Наиболее широко используют сульфат алюминия Al₂ (8O₄)₃. Обычно применяют неочищенный глинозем, который содержит 33% безводного сульфата алюминия. Отечественная промышленность выпускает и очищенный глинозем, который содержит не более 1% нерастворимых примесей (неочищенный имеет до 23% примесей). В качестве коагулянта используется также оксихлорид алюминия [Al₂ (OН)₃ СЬ6Н₂О и алюминат натрия NаAlO₂, при коагулировании которыми активная реакция воды практически не изменяется, что очень важно по технологическим соображениям.

Активными коагулянтами являются и соли железа – железный купорос

FeSO_4-7H₂O и хлорид железа PeCl_3. Но использование солей железа в практике хозяйственно-питьевого водоснабжения ограничивается, т.к. они обладают высокой коррозионной активностью и при этом необходимо подщелачивать воду.

Вода, обладающая значительной цветностью и мутностью, представляет собой полидисперсную систему, содержащую электролиты, коллоидные частицы (главным образом гуминовые кислоты и их соли) и грубодисперсные примеси. При добавлении к воде раствора коагулянта, в частности сульфата алюминия, происходит его гидролиз с образованием коллоидного раствора гидрата окиси алюминия:

Al₂ (SO₄)_{3 +} 6H₂O «2Al (OН)_{3 +} 3H₂SO₄

Al₂ (8O₄)_{3 +} Cа(HСO₃)2 «2Al (OН)_{3 +} 3Cа8O_{4 +} 6СО₂

 

При взаимодействии положительно заряженного коллоида гидрата окиси алюминия с отрицательно заряженными коллоидами воды происходит потеря заряда, приводящая к агломерации коллоидных частиц и выпадению их в осадок. Рыхлые хлопья коагулированных коллоидов увлекают за собой частицы взвеси. Обладая большой удельной поверхностью, они активно адсорбируют и часть растворенных в воде веществ.

Наряду с этим основным процессом происходит коагуляция положительно заряженного золя гидрата окиси алюминия под влиянием противоположно заряженных ионов электролитов, находящихся в воде, а также коагуляция отрицательно заряженных коллоидов гуминовых веществ под влиянием не успевшей гидролизоваться соли коагулянта.

Гидролиз коагулянта является обратимой реакцией и на степень его полноты оказывает влияние активная реакция и щелочность воды. Понижение рH подавляет гидролиз солей слабых оснований, каким является сульфат алюминия. При повышении рH образуется отрицательно заряженный алюминат-ион AlО₂, не приводящий к коагуляции.

Приемлемое для гидролиза значение рР 4,3 - 7,6, оптимальное 5,5 – 6,5. На эффективность коагуляции влияют также количество грубой взвеси, частицы которой служат своеобразными «ядрами коагуляции», интенсивность перемешивания, температура воды.

Поэтому очевидно, что для вод различного состава должны подбираться разные дозы коагулянта. Предварительный расчет оптимальной дозы производится с учетом щелочности и цветности обрабатываемой воды. Учитывая сложность физико-химических процессов, приводящих к коагуляции, предварительно рассчитанная доза обязательно должна уточняться опытным путем.

Преимущества контактной коагуляции перед коагуляцией в свободном объеме заключаются в независимости эффекта от температуры и щелочности воды.

Флоккулянты – высокомолекулярные синтетические соединения, применяющиеся для ускорения процесса коагуляции и интенсификации работы очистных сооружений (увеличивается скорость восходящего движения воды в осветлителях с большим уровнем взвешенного осадка, уменьшить время пребывания воды в отстойниках за счет увеличения скоростиосаждения хлопьев, увеличить скорость фильтрования и продолжительность фильтроцикла). Различают флоккулянты анионного (полиакриламид, К-4, К-6, активированная кремниевая кислота) и катионного (например, ВА-2) типа. Флоккулянты анионного типа требуют предварительной обработки воды коагулятом, катионные флоккулянты в предварительном введении коагулянта не нуждаются. Ассортимент веществ, обладающих флоккулирующими свойствами, постоянно расширяется.

Сооружения для коагуляции – смеситель и камера хлопьеобразования.

Эффективность процесса коагуляции контролируют по таким показателям качества воды, мутности, цветности и остаточным количествам реагентов, используемых для осветления воды.

Методы осветления воды

Методы осветления воды: 1) коагуляция – сульфатом алюминия, железным купоросом, оксихлоридом алюминия, хлоридом железа; 2) флоккуляция – полиакриламидом, активированной кремниевой кислотой, ВА-2, К-4.